Итак, свершилось — на WWDC 2020 Тим Кук официально объявил, что в течение пары лет компьютеры Mac плавно перейдут с процессоров Intel на собственные решения компании, которые называются Apple Silicon. Разумеется, для компании из Купертино, которой больше 40 лет, это уже не первый такой переход, однако предыдущие были вынужденными. Сейчас же это не так, поэтому возникает вопрос — так ли нужна смена архитектуры? Ну а после него возникает еще один, уже слегка философский — что это даст конечному пользователю? И сегодня я постараюсь ответить на эти вопросы, а начнем мы с небольшого экскурса в прошлое.
Начало 90-ых. Компьютеры Mac работают на легендарных процессорах Motorola 68k, однако Apple становится понятно, что они свое изжили, а чего-то нового производитель самостоятельно предложить не может, так что нужно совершать первый Переход. Но вот на что? Процессоры от Intel были, есть и будут достаточно дорогими, к тому же компании из Купертино не хотелось закупать решения для своих ПК на стороне. ARM? Они были в самом начале развития и подходили разве что для КПК Newton, но никак не для рабочих станций. AMD? Тогда эта компания занималась клонированием процессоров Intel, поэтому опять же не рассматривалась.
Причем, что самое забавное, не только Apple в начале 90-ых мучительно выбирала производителя процессоров для своих компьютеров, этим же занимался и другой техногигант, IBM. В итоге в 1991 году три крупные компании — Apple, IBM и Motorola — объединились, образовав альянс AIM, детищем которого стала архитектура PowerPC. Очевидно, тут все были довольны: Apple и IBM получили крутые процессоры, основанные на наработках Motorola, а последние получили заказы и инженеров для разработки новых CPU.
И вот тогда появилась первая проблема совместимости, которую Apple решила в лоб: первые процессоры PowerPC были ощутимо мощнее, чем поздние Motorola 68k, так что компания просто включила в свою ОС System 7 эмулятор этих ЦП. Да, он не поддерживал эмуляцию FPU (математического сопроцессора), но это с лихвой компенсировалось мощностью новых CPU, так что переход, в общем и целом, завершился безболезненно.
2006 год. Apple вновь понимает, что текущие процессоры для Mac свое изжили — PowerPC G-серии были горячими, низкочастотными и уже ощутимо отставали по производительности от решений компаний AMD и Intel, которые устраивали между собой различные гонки в стиле «кто первым сделает двухядерный процессор». Увы, процессоры PowerPC в этой гонке были проигравшими: да, некоторые Apple G5 были двухядерными, но на деле это были два одноядерных кристалла, работающих вместе. Думаю, говорить про тепловыделение тут нет смысла — оно было крайне велико даже для больших Mac.
Плюс к тому же активно развивались ноутбуки, и Apple точно не хотела быть отстающей с их MacBook на одноядерных CPU с частотой в гигагерц. Так что компания из Купертино вполне логично дождалась завершения гонки и примкнула к победителю — Intel с их архитектурой Core Duo, поздние решения на которой уже больше 10 лет используются в офисных ПК и без особых проблем до сих пор тянут последние версии Windows.
Разумеется, снова появился вопрос о совместимости — ведь под PowerPC было написано множество программ, терять которые было нельзя. Так появился транслятор Apple Rosetta, позволяющий на x86 запускать весь legacy-софт, и работал он снова путем грубой силы: даже ноутбучные процессоры Intel Core Duo ощутимо обгоняли лучшие PowerPC G5, поэтому старые программы даже через эмулятор работали быстрее, чем нативно на PowerMac.
Прошло 15 лет, и Apple снова задумалась над сменой архитектуры, теперь уже на ARM, которая за последние 20 лет ощутимо продвинулась в развитии. Что же это даст нам?
Б-безопасность
Последние несколько лет процессоры Intel показали себя не в лучшем свете — про уязвимости Meltdown и Spectre слышали даже достаточно далекие от компьютерной техники люди. Разумеется, компания достаточно быстро выпустила заплатки, которые закрыли эти дыры в безопасности, но вот незадача — при этом потерялась часть производительности, причем чем старее процессор, тем слабее он становился. И это был лишь пробный камень: за два года энтузиасты нашли больше двух десятков различных уязвимостей процессоров Intel последних поколений, причем последнюю на данный момент обнаружили всего пару недель назад.
И, что самое плохое — не все эти дыры можно закрыть программно. И хотя Intel вполне здраво объясняет, что воспользоваться доброй половиной уязвимостей можно лишь в том случае, если имеется физический доступ к ПК, когда, в общем и целом, есть и другие способы получения информации, Apple это едва ли устраивает.
Ведь компания из Купертино постоянно хвастается тем, что безопасность пользователей для нее на первом месте, и использование «дырявых» CPU с этим как-то не вяжется. Да, в процессорах от AMD или ARM также есть уязвимости, но в гораздо меньшем количестве, к тому же раз Apple разрабатывает собственный чип под собственную закрытую ОС — обнаружить дыры будет куда сложнее, так что шанс того, что данные юзеров будут в безопасности, куда выше.
Режим сна больше не нужен — даешь моментальное включение
Чем планшеты и смартфоны отличаются от ноутбуков? Моментальным выходом из режима сна. Это возможно из-за крайне низкого энергопотребления ARM-процессоров в режиме ожидания, которое составляет лишь десятые доли ватта — это позволяет мобильным гаджетам терять за ночь считанные проценты заряда, будучи включенными и готовыми в любую секунду вернуться к работе.
Очевидно, у полноценных процессоров Intel Core с этим все куда хуже, и даже под минимальной нагрузкой они будут потреблять около пары ватт — в таком режиме за ночь может уйти ощутимый процент емкости аккумулятора. Поэтому современные ноутбуки имеют так называемый режим сна, в котором компоненты устройства отключаются по максимуму, подается питание только на ОЗУ. Однако выход из такого режима не моментален и составляет обычно не менее пары секунд, к тому же функциональность системы в нем, очевидно, минимальна.
Разумеется, все эти недостатки уйдут, если перевести Mac на процессоры ARM. Только представьте — никакого больше черного экрана после открытия крышки, вы моментально увидите экран блокировки. Пришло важное сообщение или звонок с iPhone? MacBook сразу же уведомит вас об этом. Вам больше не нужно беспокоиться о том, что после закрытия крышки какие-либо программы перестанут работать — все ваши задачи продолжат выполняться ровно так же, как и на iPad или iPhone, когда вы выключаете экран.
10 часов автонома — прошлый век
Какой компонент системы сильнее всего тратит заряд аккумулятора? Правильно, это процессор. Компании уже давно научились делать 13-15'' дисплеи с энергопотреблением всего в пару ватт, но даже современные ультрабучные CPU Intel под несильной нагрузкой все еще легко сжирают по 5-8 Вт, что нередко составляет больше половины потребления энергии ноутбуком в целом.
ARM-процессоры в этом плане куда гибче — к примеру, есть технология big.LITTLE, которая позволяет создавать кластеры из быстрых и медленных ядер. Поэтому для простых задач типа серфинга в интернете вполне можно использовать более медленные и холодные ядра, тем самым ощутимо снизив общее энергопотребление ноутбука и продлив время автономной работы.
За примерами ходить далеко не нужно — даже в 2018 году, когда только-только появилась Windows 10 для ARM, достаточно компактный ультрабук HP Envy x2 смог проработать больше 12 часов в тесте серфинга через браузер Edge: это ощутимо больше 7-8 часов, которые могут обеспечить различные ноутбуки на процессорах Intel Core. Apple с их MacBook, которые всегда славились отличным автономом, вполне могут увеличить это время еще больше, потенциально обеспечив до суток автономности на собственных ARM-чипах.
Возможность нативно запускать софт для iPad
Планшетам Apple в этом году исполнилось 10 лет, и за это время они прошли большой путь. В начале это были большие «фоторамки» на смартфонной системе с минимумом возможностей и собственного софта, а теперь компания из Купертино позиционирует их как рабочие устройства, предлагая для них физические клавиатуры, поддержку мышей и тачпадов, многооконность и достаточное количество изначально десктопного софта для обработки фото и видео.
И уже в macOS 10.15 Catalina компания Apple дала разработчикам приложений возможность быстро портировать софт для iPad на свою десктопную ОС, тем самым заложив начало объединения Mac и планшетов. Да, пока что это работает достаточно криво, и многие разработчики жалуются, что ни о какой простоте и речи не идет. Но с учетом того, что новые десктопы Apple будут также работать на ARM-процессорах, портирование действительно рискует максимально упроститься — Mac вполне могут получить возможность нативно запускать софт с iOS.
Более низкая стоимость
Да, именно так. Знаете, сколько стоит 10 нм мобильный процессор Intel — например, тот же Core i5-1035G1? Порядка $300 долларов в партии из 1000 штук. А ведь Apple нередко заказывает у Intel кастомные чипы для своих MacBook, которые точно не будут дешевле. В итоге стоимость одного CPU может доходить до трети стоимости всего ноутбука, если мы говорим про Air. И при этом мы знаем, что чипы Apple A-серии для iPhone и iPad обходятся компании всего в $40-70.
Да, разумеется Apple Silicon будет больше и дороже, но все еще выграть 100-150 долларов стоимости реально — а, значит, MacBook Air на ARM может стать на ту же сотню долларов дешевле, что можно назвать приятным бонусом.
Производительность: возможность запускать ААА-игры — это круто, но как насчет конкуренции с топовыми процессорами Intel?
Разумеется, Apple отлично понимает, что процесс миграции с x86-64 на ARM займет не один год, поэтому, дабы покупатели новых Mac не остались без программ от сторонних издателей на старте, был анонсирован новый транслятор, Rosetta 2. И вот к нему есть несколько серьезных вопросов.
Окей, с графикой все понятно: что iOS, что macOS давно уже работают через низкоуровневый API Metal, который поддерживают как видеокарты Intel или AMD, так и GPU в чипах Apple A-серии. Поэтому и не удивительно, что на WWDC 2020 при показе геймплея игры Shadow of the Tomb Raider, запущенной на Apple Silicon, не было никаких артефактов и прочих графических проблем: эта игра под macOS была переписана для поддержки Metal, поэтому она и запускается на любом видеочипе, умеющим с ним работать. С учетом того, что минимальная видеокарта для запуска этой игры под macOS — интегрированная Intel Iris 540 четырехлетней давности, которая отнюдь не блещет производительностью, вполне ожидаемо, что топовый ARM-чип смог ее превзойти.
Нет, это не скриншот с PlayStation 4 — он сделан на Mac с ARM-процессором.
А вот что с процессором? Транслировать инструкции архитектуры x86-64 в инструкции ARM на лету — задача крайне сложная: Microsoft впервые попыталась сделать это еще в 2012 году с Windows RT, и на данный момент худо-бедно можно запускать только 32-битный софт с просто печальной производительностью: топовые Snapdragon еле-еле дотягиваются до простейших Celeron.
Apple, видимо, продвинулась в этом гораздо дальше: во-первых, как мы знаем, начиная с macOS 10.15 Catalina нет больше поддержки 32-битного софта, то есть процессоры Silicon через транслятор умеют работать с x64. Во-вторых, раз на таком процессоре без особых проблем смогла запуститься и пойти ААА-игра, значит, он удовлетворяет ее системным требованиям — а в них значится двухядерный низковольтный Core i5 с частотой в 2 ГГц из MacBook 13'' 2016, который гораздо мощнее «дохлых» Celeron.
Короче говоря, минимальный уровень производительности нового Apple Silicon при работе с x64-софтом вполне понятен — это MacBook 13'' 3-4-летней давности. Причем, подчеркиваю, минимальный уровень — к сожалению, Apple как обычно не привела никаких тестов, и единственной зацепкой являются системные требования игры Tomb Raider. И даже такой производительности с лихвой хватит для большинства пользовательских задач: очевидно, что новые CPU сначала появятся в простых Mac, которые никто не берет для обработки 8К видео и рендеринга огромных 3D-сцен. При этом программы, разрабатываемые Apple, будут поддерживать ARM-процессоры «из коробки», то есть никакой транслятор для их работы не нужен, а, значит, производительность Silicon в таком софте будет еще выше.
Системные требования Tomb Raider позволяют оценить минимальную производительность Apple Silicon.
Получается, что у ARM радужное будущее и Intel «не нужон»? Да как бы не так. Внимательные зрители трансляции WWDC скорее всего заметили, что задачи, которые решал новый Apple Silicon, были в основном графические, будь то вывод картинки с 6 миллионами полигонов или геймплей в Tomb Raider. Обе эти задачи сильнее нагружают GPU, чем CPU, что косвенно указывает на то, что хвастаться мощностью последнего пока что не получается.
Так что в топовых Mac как были, так и останутся топовые процессоры от Intel — едва ли даже за 5 лет Apple сможет сделать конкурента 18-ядерному Core i9. И дело тут не только в чистой производительности, но и в инструкциях, которые здорово ускоряют вычисления — например, те же SSE или AVX на CPU Intel. На ARM можно выделить разве что NEON, который создавался в целях ускорения работы с медиаконтентом, но отнюдь не его создания, поэтому в серьезных вычислительных задачах «мобильным» процессорам крыть пока нечем.
Транслятор-эмулятор, не ешь аккумулятор
Да, все именно так. Каким бы хорошим не был транслятор, x86-софт все еще будет требовать ресурсов больше, чем нативный. Для примера можно взять сравнение времени автономной работы все того же HP Envy при серфинге в нативном Edge и Chrome, запущенном через транслятор. Как итог — потеря 20% автонома, и это при том, что браузеры сложно назвать очень требовательным софтом.
Конечно, Rosseta 2 вполне может быть более эффективной, чем решение от Microsoft, но все еще перевод команд x86-64 в ARM не может пройти бесследно для производительности, и, значит, первое время, пока нативного софта будет немного, рассчитывать на большое время автономной работы не придется.
Прощай, Bootcamp. Или не прощай?
С переходом в середине нулевых Mac на процессоры Intel компания Apple выпустила утилиту под названием Bootcamp, позволяющую разбить накопитель на два раздела для последующей установки Windows со всеми драйверами. Такой шаг был вполне очевиден и с радостью встречен большинством пользователей: какой бы классной и красивой не была macOS, под Windows все же куда больше различных программ и игр.
Однако теперь, с переходом на ARM, такая возможность может исчезнуть. А как же Windows 10 on ARM, спросите вы? Тут есть два важных «но». Во-первых, официально она работает лишь на нескольких процессорах Snapdragon, и едва ли Apple допустит сотрудников Microsoft до своих чипов Silicon, дабы те могли оптимизировать Windows под них. А во-вторых, зачем такая урезанная Windows вообще нужна? Она позволяет запускать лишь 32-битный софт, то есть большая часть современных программ и игр останется за бортом, а для чего-то проще отлично подойдут виртуальные машины, которые через Rosseta продолжат нормально работать на macOS. Так что вполне вероятно, что про Bootcamp на ARM Mac придется забыть.
Intel тонет, а Apple спасается бегством?
За несколько дней до презентации появились слухи о том, почему компания собирается отказаться от процессоров Intel: дескать, те буксуют с новинками, да и к тому же были перебои с поставками. Поэтому руководство Apple от греха подальше решила обезопасить компанию от возможных проблем и перейти на собственные CPU.
Что ж, это действительно выглядело логично пару лет назад: у Intel дефицит топовых процессоров, из-за чего цены на них взлетели в небеса, и нет выхода из беспросветного мрака 14 нм техпроцесса. И, видимо, тогда и началась активная фаза разработки Apple Silicon, однако сейчас, когда она уже почти завершена, можно смело утверждать, что Intel из ямы все-таки выбралась.
Посудите сами — в конце лета они представят мобильные 10 нм процессоры Tiger Lake, которые по графической производительности дают жару Nvidia MX350, которую ставят в топовые ультрабуки, и это при том, что TDP таких процессоров составляет всего 15-25 Вт. Далее, в конце года выйдет 11-ое поколение Intel Core с новой архитектурой и шиной PCIe 4.0, а в 2021 году появятся десктопные 10 нм решения. Ну и вишенка на торте — совсем недавно вышел первый ноутбук от Samsung на интересном процессоре Lakefield, о котором в России мало кто слышал.
Просто представьте: одно мощное ядро Sunny Cove и 4 слабых «атомных» ядра Tremont с частотой до 3 ГГц, 8 ГБ быстрой ОЗУ LPDDR4X-4267, встроенная графика Iris и чипсет упакованы в чип с размерами всего 12х12х1 мм, имеющий общее тепловыделение лишь 7 Вт. Отличный процессор для MacBook Air, не находите? Он, с одной стороны, имеет неплохую производительность на уровне 2-ядерных Core i5, а с другой — крайне низкое энергопотребление в нетребовательных задачах из-за использования 4 ядер на архитектуре Atom.
Так что, возможно, Apple поспешила «хоронить» Intel и перебегать на ARM — последние показали, что у них есть порох в пороховницах, и они способны выпускать интересные продукты.
Итоги
В результате переход на ARM пока что выглядит не очень-то оптимистично. Да, пользователь получит лучшую безопасность, более быстрый выход из сна и возможность запускать софт с iOS. Но в нагрузку он также может получить не самую высокую производительность и автономность, и почти гарантированно лишится возможности запускать Windows. К тому же Intel показала, что Apple рано ее похоронила. Что будет на самом деле? Покажет время — к сожалению, WWDC сложно назвать подробной на технические детали, так что новой информации о «macOS on ARM» придется ждать до осенней презентации.
